“雙碳”目標下電力轉型差異化路徑動態選擇方法研究

吳明亮

（南網融資租賃有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

為了更好地解決全球變暖問題，我國在2021 年的“兩會”上，明確提出了“2030 年二氧化碳排放達高峰，2060 年實現碳中和”的要求。目前，我國經濟發展模式正由以資源為主導向以綠色、生態為主導的發展模式轉變。基于我國富煤、貧油、少氣的能源資源狀況，進行傳統煤炭和煤電產業的轉型十分必要[1]。為達到“雙碳”的目標，國家出臺了一系列的政策和舉措，以積極推進煤炭電力產業的轉型。實現“雙碳”，重點在于減少使用化石能源、調整能源結構、建設新型電力體系、統籌考慮“清潔用能”與“能源供求均衡”，探索我國綠色、低碳能源轉型發展的現實途徑[2]。已有的研究顯示，應該繼續減少燃煤發電所占比例，逐步提高可再生能源發電所占比例，并穩步提高燃氣發電所占比例。在全面推動清潔能源利用的基礎上，大力發展風能、光能等可再生能源，構建多樣化的能源生產和消費結構。為促進電力行業的轉型，文章在“雙碳”目標下，開展對電力轉型差異化路徑動態選擇方法的設計研究。

1 設定“雙碳”目標下的電力行業碳減排額度

“雙碳”目標是指“碳達峰”和“碳中和”。前者是指在一個區域或一個產業中，CO2的總排放量會出現一個歷史最高值，并且在這個最高值以后會出現一個逐漸減少的趨勢[3]。后者是指在“碳達峰”之后，通過采取一系列的措施，例如節能減排、碳補償等措施，以抵御生產過程中排放的二氧化碳，從而使其凈排放量能夠達到零。當前我國碳減排目標正處于時間緊、任務重的困境當中，需要通過多個部門的共同協商和配合，以及全行業的不斷努力，預計在2030—2060 年之間實現每年的碳減排平均速率達到8%～10%，才能夠確保在2060 年實現“雙碳”目標[4]。根據上述目標，確定在“雙碳”目標下，電力行業碳減排的額度，對電力行業各項活動所產生的二氧化碳排放量進行計算的公式為

式中：T為電力行業在開展各項生產活動時所產生的二氧化碳量；P為生產活動的基礎數據；δ為不同電源對應的二氧化碳排放系數。十九大報告中關于能源體制改革的新要求，為國家能源體制改革指明了新的發展方向，對電力行業而言，要確保電網的安全穩定，加快建設高比重可再生能源的新體系。對于一個發展中國家來說，要實現“雙碳”，存在許多重大的問題。中國的主要排放者——電力工業，應當爭取率先實現本行業的“雙碳”目標。到2020 年，中國電力工業的總碳排放量將達到46 億t 左右，根據權威專家的預估，中國電力工業在2025—2060 年期間的碳排放量將達到690 億-927 億t 左右。

2 建立電力行業轉型差異化情景

在明確“雙碳”目標下的電力行業碳減排額度后，分別從基準情景和加速情景2 個方面建立電力行業轉型差異化情景。其中，基準情景是確保能夠滿足“雙碳”目標，即實現在2030 年達到碳達峰水平，在2060 年實現碳中和目標；加速情景是在2025 年使電力行業實現碳達峰，在2050 年前實現碳中和。針對2 種不同的情況，為其設置主要邊界條件，如表1 所示。

表1 電力行業轉型差異化情景邊界條件

根據上述內容，實現對差異化情景的建立，以此為后續路徑的動態選擇提供依據條件。

3 構建差異化路徑動態選擇模型

結合當前綜合資源戰略規劃目標，將電力行業供給側與需求側資源成本同時考慮到電力轉型目標中，并構建以全社會總成本最小為目標的函數，具體計算公式為

式中：minC為社會總成本最小目標；Xij為傳統電廠裝機容量；Hij為傳統電廠年利用小時數；Lij為平準化度電成本；i為規劃期內年數；j為發電廠類型序編號；T為規劃期結束年份；K為電廠總數；t為規劃其內的第某一年。目標函數模型的約束條件可以從能源利用角度、環境保護角度等多方面設置，例如包括能效電廠年裝機容量約束、污染物排放約束、電力需求約束等。所有約束條件與目標函數共同組成差異化路徑動態選擇模型[5]。最終選擇的方案需要在滿足各項約束條件的基礎上，達到全社會總成本最小目標。

4 實例應用分析

為驗證提出的動態選擇方法在實際應用中是否具備可行性，選擇以當前電力行業發展背景為基礎，結合當前實際情況，為其進行轉型差異化路徑的動態選擇。首先，在基準情景電力結構下，可采用表2 所示的電力轉型方案。到2030 年，傳統電源的發電量超過70%，煤電仍將是電力系統中最重要的發電任務，在供給側電源中，發電量占比居首位，其次為常規水電和氣電，最后是太陽能光伏發電。到2060 年，在供應側，太陽能光伏發電的比例將居于首位，陸地風力發電的比例緊隨其后，并且2 者的比例總和將達到50%以上。

表2 基準情景下電力轉型方案

對加速情景的電力轉型方案進行設計，得到如表3 所示的結果。

表3 加速情景下電力轉型方案

在加快發展的背景下，我國電力工業的碳排放將會提早達峰，到2030 年，盡管煤炭發電仍是世界上最大的發電大國，但新能源發電也將出現追趕。太陽能光伏和風力發電排名也較為靠前。在2060 年，風力發電占比較大。可再生能源發電量占比從2030年開始逐漸提升，隨后提升速度明顯上升。

對2 種轉型方案的碳排放情況進行對比，得到如圖1 所示的結果。

圖1 兩種轉型方案對比結果圖

從圖1 可以看出，在基準情景下，能夠充分滿足在2030 年實現碳達峰目標，隨后隨著時間的推移呈現出逐漸下降的趨勢，在2060 年達到負排放。在加速情景下，電力行業需要采取更加嚴格的碳排放控制措施，在2050 年便能夠達到負排放。上述2 種方案均能夠實現“雙碳”目標，電力行業可根據發展的實際情況，合理選擇基準情景或加速情景方案，實現電力轉型。

5 結 論

文章將“雙碳”作為目標，針對電力行業的轉型問題，提出了一種差異化路徑動態選擇方法。通過本文研究，分別從基準情景下和加速情景下確定了2種不同的路徑選擇方案，并能夠以10 年為單位實現對路徑變化的動態調整。但由于研究時間有限，在研究過程中，針對每一年具體發展情況并未進行深入研究，且對于電力需求的預測是針對現有數據的延伸，未考慮其他多方面影響因素。因此，針對這些問題，為進一步促進電力行業轉型，在后續的研究中還將進行深入探索。